Rotorblatt oder- Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotorblatt oder -Bauteil, insbesondere eine Blattwurzel, für eine Windenergieanlage, wobei für den Blattaufbau ein Stützkern aus Schaumstoff und eine Schale aus faserverstärktem Kunststoff gewählt ist.
Um für die Fertigung eines derartigen Blattaufbaus auf die üblicherweise angewendeten Negativformen verzichten zu können, sind als Formgebungsbegrenzungsmarkierungen scheibenförmige Positivschablonen (5) der Blattkontur in den Stützkern eingefügt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Für die Rotorblätter sog. Großwindenergieanlagen werden u.a. aus Gründen des Leichtbaus Kunststoffe angewendet, gemäß der älteren Patentanmeldung P 30 14 347.6-16 beispielsweise für die Blattschale (Glas-)faserverstärkter Kunststoff, insbesondere Kunstharz, und für den Blattkern Hartschaumstoff, z.B. Polyvinylchlorid o. dgl.. Hierbei kommt es allerdings mit zunehmender Profillänge und -tiefe des Rotorblattes zu erheblichen Schwierigkeiten im Bestreben, möglichst auf bewährte Fertigungstechniken zurückzugreifen. Das gilt nicht nur für das kostengünstige Faserwickelverfahren, welches sonst schon bei einem Aufbau eines Hubschrauberrotorblattes gemäß der DE-OS 26 11 235 für einige Faserbauteile problemlos angewendet wird. Im Grunde sind nämlich, wie im übrigen auch dieses Hubschrauberrotorblatt zeigt, die bekannten Bauweisen für Rotorblätter auf Negativformen angewiesen, was die Fertigung besonders großflächiger Rotorblätter oder einzelner Blattbauteile insbesondere bei komplizierter Oberflächengestalt äußerst teuer macht. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß bei einer Profiltiefe des Blattflügels von 7 m die Ferti-. gung der Blattwurzel mittels Negativform nicht mehr wirtschaftlich machbar ist, sofern jene ein vom Anschlußende zum Blattflügel hin (z.B. unter zunehmender Profiltiefe) geändertes Profil aufweisen soll.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein Rotorblatt oder ein Rotorblattbauteil der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung einen Aufbau zu schaffen, für dessen Fertigung eine Negativform überflüssig ist.

[0004] Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0005] Aufgrund der Positivschablonen, aus Gründen einer einfachen Bauweise vorzugsweise den Stützkern längsunterteilende Positivschablonen des Blattprofils, ist der Stützkern zum Zwecke der Formgebung des verwendeten Grundmaterials einfach als ein Drehling mit Formgebungsbegrenzungsmarkierungen handhabbar, beispielsweise im Rahmen einer Schneid- und Schleifbearbeitung von auf einem rotierenden Dorn sitzenden Schaumstoffblöcken bis zu dem durch die dazwischen eingefügten Positivschablonen vorgegebenen Profil. Hierzu ist es zweckmäßig, je nach Spannweite des Stützkerns in dessen Zentrum einen durchgehenden Hohlraum (für den Dorn) mit ebenen Begrenzungsflächen vorzusehen, um mit einfachen ebenflächigen Schaumstoffblöcken arbeiten zu können. Die dann am Dorn jeweils zwischen zwei Positivschablonen bloß anzusetzenden Schaumstoffblöcke brauchen nur noch untereinander und mit den Positivschablonen verklebt zu werden, um den gewünschten Drehling zu erhalten. Sofern darüber hinaus eine Verstärkung des Stützkerns im Hohlraum durch eine Auskleidung aus faserverstärktem Kunststoff mit kreuzweiser Faserorientierung erforderlich wird, kann hierfür in einfacher Weise auf eine vor dem Aufsetzen der Positivschablonen und Schaumstoffblöcke im Faserwickelverfahren auf dem Dorn hergestellte Faserlaminatlage zurückgegriffen werden. Entsprechende Verstärkungs-Faserlaminatlagen an der Stützkernoberfläche lassen sich natürlich auch in üblicher Faserwickel- oder Faserlegetechnik schaffen.

[0006] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher erläutert. Hierzu zeigt die Zeichnung in

Fig. 1 eine für die Fertigung drehbar gelagerte Blattwurzel eines Rotorblattes für eine Windenergieanlage,

Fig. 2 bis 5 Querschnitte durch diese Blattwurzel an ihrem als Flügel profilierten Ende während verschiedener Verfahrensschritte der Fertigung.

[0007] Die Blattwurzel 1 gemäß Fig. 1 kann beispielsweise bei einem Einblattrotor einer Windenergieanlage das Verbindungsstück sein zwischen einem an deren Flügelübergangsbereich 1.1 ansetzbaren Blattflügel einerseits und einem deren Schaft 1.2 zugeordneten Gegengewicht andererseits. Aus Gründen eines fertigungstechnisch einfachen Kunststoffaufbaus der Blattwurzel wird gemäß Fig. 2 zunächst auf den rechteckförmigen Dorn. 2 einer - im übrigen in Fig. 1 bloß durch Lagerungs- und Antriebseinheiten 3.1, 3.2 angedeuteten üblichen - Faserwickelvorrichtung ein + 45°-Glasfaserwickellaminat 4 mit kalthärtender Harzmatrix geschaffen. Hierauf werden gemäß Fig. 1 und 3 längs des Dorns 2 in regelmäßigen Abständen scheibenförmige Positivschablonen 5 gesetzt und am Glasfaserwickellaminat 4 z. B. durch Kleben verankert. Diese Positivschablonen 5 sollen im vorliegenden Fall bloß das Blattwurzelteilprofil im.Bereich eines Stützkernes 6 (Fig. 4) vorgeben, welcher gemäß Fig. 3 aus einzelnen Hartschaumstoffblöcken 6.1 zusammengesetzt ist, im Beispiel jeweils zwischen zwei Positivschablonen vier Hartschaumstoffblöcke. Sämtliche Hartschaumstoffblöcke 6.1 werden zunächst als Grobzuschnitte alle zwischengefügten Positivschablonen 5 überragen. Nach dem Verkleben der Hartschaumstoffblöcke 6.1 untereinander und mit dem Glasfaserwickellaminat 4 sowie mit den Pcsitivschablonen 5 erhält man einen Drehling, der bzw. dessen Hartschaumstoffblöcke bis auf Schablonenhöhe zugeschnitten werden (Fig. 4). Da hierbei die Positivschablonen 5 die Formgebungsgrenzen markieren und nötigenfalls auch sichern sollen, empfiehlt es sich, für jene ein zum Schaumstoff des Stützkerns 6 vergleichsweise hartes Material zu wählen, z.B. Hartholz.

[0008] Anschließend kann man den Stützkern 6, je nach Festigkeitsanforderungen an die Blattwurzel 1, im Bandlegeverfahren an seiner Ober- und Unterseite mit je einem hochzugfesten Faserlaminat 7 aus in Kernlängsrichtung sich erstreckenden Unidirektionalfasern (z. B. Kohlefasern) versehen und dann schließlich die für die Torsionsbeanspruchung der Blattwurzel 1 nötige Schubversteifung durch eine - wie das als verstärkende Innenauskleidung dienende Glasfaserwickellaminat 4 - im Wickelverfahren aufgetragene Umhüllung 8 aus einem + 45°-Glasfaserlaminat sicherstellen (Fig. 4).

[0009] Das in Fig. 1 dargestellte vollständige Flügelübergangsprofil der Blattwurzel 1 kann gemäß Fig. 5 durch an der Kern- . vorder- und Kernhinterkante auf der Umhüllung 8 angesetzte (verklebte) Schaumstoff-Füllstücke 9 bzw. 10 in einer alles umschließenden Blattschale 11 erreicht werden, wobei sich selbstverständlich auch in diesen Blattwurzelbereichen eine durch Positivschablonenscheiben begrenzte Formgebung des Schaumstoffes empfiehlt. Je nach Profiltiefe der Blattwurzel 1 im Flügelübergangsbereich 1.1 wird man aber genauso gut auf solche gesondert geformten Füllstücke 9, 10 verzichten können, d. h. von vornherein in einem entsprechend tiefen Stützkernrohzuschnitt bzw. Stützkerndrehling Positivschablonen des Wurzelgesamtprofils als Formgebungsgrenzmarkierungen einbetten.

[0010] Der gewählte Aufbau der Blattwurzel 1 ist somit trotz extremer Flächenabmessungen und komplizierter Oberflächengestalt relativ einfach herstellbar. Die Blattwurzel 1 braucht schließlich bloß noch von dem Dorn 2 gezogen zu werden.

Ansprüche

1. Großflächiges Rotorblatt oder -Bauteil, insbesondere Blattwurzel, mit einer schaumkerngestützten Schale aus faserverstärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß scheibenförmige Positivschablonen (5) der Blattkontur in den Stützkern (6) eingefügt sind.

2. Rotorblatt nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Stützkern (6) längsunterteilende Positivschablonen (5) des Blattgesamt- oder Blatteilprofils.

3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positivschablonen (5) aus einem zum Schaumstoff des Stützkerns (6) vergleichsweise harten Material bestehen.

4. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkern (6) einen im Zentrum durchgehenden Hohlraum mit ebenen Begrenzungsflächen aufweist.

5. Rotorblatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkern (6) im Hohlraum mit einer Auskleidung aus faserverstärktem Kunststoff mit kreuzweiser Faserorientierung (Glasfaserwickellaminat 4) versehen ist.

6. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkern (6) an seiner Ober-und Unterseite jeweils mit einer Decklage aus faserverstärktem Kunststoff mit unidirektionaler Faserorientierung in Kernlängsrichtung (Faserlaminat 7) versehen ist.

7. Rotorblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkern (6) mit den Decklagen (Faserlaminat 7) von einer Umhüllung (8) aus faserverstärktem Kunststoff mit kreuzweiser Faserorientierung umschlossen ist.

8. Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vervollständigung des Blattprofils an der Kernvorder- und Kernhinterkante . auf der Umhüllung (8) angesetzte (Schaumstoff-)Füllstücke (9, 10) zugleich mit der Umhüllung von der Schale (11) umschlossen sind.

Zeichnung